淀粉液化处理对β-环糊精酶法合成的影响及机理研究

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由于环糊精分子具有独特的内疏水、外亲水的空腔结构,因此能广泛应用于食品、医药、化工、农业等领域。环糊精主要是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶)作用于淀粉等底物,通过环化反应而合成。除了环化反应,CGT酶还可以催化耦合、歧化、水解反应。环糊精酶法合成的底物主要是淀粉,采用高淀粉浓度在大规模工业化生产中,具有明显的经济效益,有助于节约设备投资和能源消耗。高浓度淀粉在糊化过程中粘度较大,不易搅拌均匀,故通常在生产起始阶段使用液化酶对淀粉进行液化处理以降低淀粉糊粘度。然而,淀粉液化时所产生的小分子糖会促进环糊精的耦合及歧化反应,引起环糊精得率的降低。淀粉液化条件的不同可能会造成的液化产物分子组成上的差异,从而对环糊精合成产生一定影响。本课题旨在以麦芽糊精作为模型底物,研究淀粉液化程度及液化产物的分子组成对于β-环糊精合成的影响及其主要机理,并探索其对于β-环糊精最适反应条件及有机溶剂选择的影响。首先,研究了淀粉降解程度对环糊精合成的影响。结果显示,随着麦芽糊精葡萄糖值(DE值)增大,α-、β-、γ-环糊精的得率及总得率均呈下降趋势;相比于玉米原淀粉,使用麦芽糊精作为底物可明显增大β-环糊精在产物中的比例;麦芽糊精DE值的变化对三种环糊精的相对比例的影响较弱;DE值为5左右的麦芽糊精具有最高的β-环糊精得率,DE5.01和DE5.84两种DE值相近的样品的β-环糊精得率分别为24.37%和30.73%的,说明液化条件的不同可能会引起具有相似DE值的麦芽糊精出现分子组成上的较大差异,从而造成明显不同的β-环糊精得率。其次,优化了以麦芽糊精为模型底物合成β-环糊精的工艺条件及有机溶剂添加。结果显示,以DE5.84的麦芽糊精为模型底物,添加10% (v/v)环己烷,底物浓度20% (w/w),反应温度50℃,反应pH 8.5,加酶量5U/g淀粉,反应时间12h的条件下,β-环糊精得率可达62.83%。该生产工艺对实际生产具有一定的指导意义。最后,分析了不同麦芽糊精样品的分子组成,并探究了淀粉液化处理对β-环糊精合成的影响机理。随着DE值升高,麦芽糊精分子的分支化程度升高,分子链长减小,而小分子糖含量增多;由于液化条件不同,DE值相近的麦芽糊精可具有差异较大的摩尔质量分布。麦芽糊精分子组成会对β-环糊精的合成产生影响,应用适当链长的麦芽糊精可以促进环化反应,链长过长或过短均不利于β-环糊精的合成,分子摩尔质量约为MW 43,053-18,793 g·mol-1左右的麦芽糊精分子可作为环化反应的最适底物。β-环糊精的得率随麦芽糊精分子分支化程度的升高而降低,线性程度较高的麦芽糊精可有助于提高β-环糊精的得率。
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